Introduction : La resynchronisation cardiaque (CRT) améliore les patients insuffisants cardiaques, symptomatiques malgré un traitement médical optimal et présentant un élargissement du QRS>120ms. Cependant, un tiers des patients ne répondent pas à cette thérapie. L'objet de cette thèse est d'identifier les mécanismes déterminant la réponse à la CRT. Méthode: Dans un premier temps, nous avons apprécié la précision des méthodes de quantification de la contraction myocardique utilisées pour caractériser l'asynchronisme. Ensuite, nous avons évalué les facteurs liés à l'asynchronisme et à la réponse à la CRT (fibrose, nécrose myocardique, réserve contractile). De plus, nous avons développé et validé un nouvel indice permettant d'évaluer les conséquences « énergétiques » de l'asynchronisme sur la contraction myocardique. Résultats: Nous avons démontré que le strain longitudinal en speckle tracking était supérieur au Doppler tissulaire pour évaluer la déformation et l'asynchronisme myocardique et qu'il était mieux corrélé au pronostic des patients insuffisants cardiaques. Ensuite nous avons mis en évidence que le retard de contraction mécanique n'était pas lié simplement à un bloc de conduction électrique mais qu'il était observé pour l'ensemble des segments myocardiques nécrosés. De plus ces zones de fibrose et de nécrose évaluées en échographie de stress influencent la réponse à la CRT. Ces résultats suggèrent l'importance de considérer le retard de contraction et la contractilité résiduelle pour prédire la réponse à la CRT. A partir de cette hypothèse, nous avons validé un indice unique associant l'asynchronisme et la contractilité résiduelle pour évaluer la perte d'énergie contractile liée au retard de contraction. Conclusion : Les travaux réalisés ont permis de développer des outils pour mieux apprécier les conséquences de l'asynchronisme myocardique. / Background: Randomized studies demonstrated that Cardiac Resynchronization Therapy (CRT) improves symptoms and survival in heart failure patients with wide QRS duration that remains symptomatic despite optimal medical treatments. However, up to 40% of patients did not response to CRT. The purpose of this work was to investigate the underlying mechanisms of mechanical cardiac dyssynchrony to optimize the identification of responder to CRT. Methods: The first part of our study was to identify the accurate echocardiography method for quantifying of myocardial deformation and dyssynchrony (Tissue Doppler Imaging and Speckle tracking analysis). Next, we studied factors (myocardial scar and contractile reserve) interacting with myocardial dyssynchrony and response to CRT. Then, we developed and validated a mathematical model (strain delay index) to assess the wasted energy related to myocardial dyssynchrony. Results: First we demonstrated that longitudinal strain computed from spec kle tracking analysis was superior to tissue Doppler imaging in assessing myocardial dyssynchrony and function with a better correlation with outcome in heart failure patients. Next, we showed that mechanical dyssynchrony was not specific of electrical delay but was prevalent in scar segments. In addition, using dobutamine stress echocardiography, we demonstrated that contractile reserve in delayed segments greatly impacts on response to CRT. Then, we proposed and validated a mathematical model, the strain delay index for assessing the wasted energy related to mechanical dyssynchrony. Conclusion: The mathematical model proposed in the present study to assess the impact of dyssynchrony on myocardial contractility allows a better identification of responder to CRT.

Introduction : Le diagnostic de cardiomyopathie hypertrophique (CMH) est difficile chez l’athlète. En effet, le remodelage physiologique induit par l’entraînement physique intense entraîne des modifications électriques et morphologiques qui peuvent mimer une cardiomyopathie. Or il est indispensable de poser le diagnostic de cardiomyopathie avec certitude chez un athlète. Ne pas contre-indiquer un athlète avec une cardiomyopathie l’expose à un risque de mort subite, mais poser un diagnostic par excès l’expose à de lourdes répercussions tant professionnelles que sociales. Méthodes : (1) Nous avons cherché à améliorer les critères ECG actuels de détection de cardiomyopathie chez l’athlète à partir d’une cohorte multicentrique d’athlètes et de CMH. (2) Nous avons cherché à déterminer quel bilan complémentaire réaliser en cas d’anomalie ECG par un suivi longitudinal d’athlètes avec ondes T négatives. (3) Nous avons essayé de mieux caractériser le phénotype des athlètes atteints de CMH par rapport aux CMH sédentaires dans une cohorte multicentrique. (4) Nous avons tenté de déterminer si l’utilisation des nouvelles techniques d’imagerie de déformation myocardique permettait d’améliorer la pertinence diagnostique et pronostique en cas de CMH dans une cohorte de CMH et d’athlètes rennais. Résultats : Nous avons proposé une nouvelle classification ECG permettant de mieux identifier les athlètes avec modifications ECG non pathologiques sans diminuer pour autant la capacité à détecter les CMH. En cas d’ondes T négatives chez l’athlète, nous avons démontré qu’il était indispensable de réaliser une IRM myocardique. En effet l’échocardiographie peut être prise en défaut dans près de 35% des cas. Néanmoins, les critères diagnostiques actuels de CMH peuvent être pris en défaut; en effet les athlètes avec une CMH ont un phénotype différent des CMH sédentaires avec une meilleure fonction systolique, notamment longitudinale, et diastolique. L’évaluation de la fonction longitudinale à l’effort et l’évaluation de la dispersion mécanique sont des paramètres qui semblent prometteurs en terme de diagnostic. En effet l’altération la fonction longitudinale semble être en lien avec la fibrose myocardique. L’échocardiographie d’effort, notamment la présence d’une insuffisance mitrale à l’effort, semble être un facteur pronostic important dans les CMH. Conclusions : les travaux réalisés ont permis de développer des outils pour mieux différencier une hypertrophie ventriculaire gauche (HVG) pathologique d’une HVG physiologique mais également pour mieux caractériser cette HVG et déterminer avec plus de précision le pronostic des CMH . / Introduction: the diagnosis of hypertrophic cardiomyopathy (HCM) in athlete is difficult. Indeed, intense sports practice induces an electrical and morphological physiological remodeling which can be difficult to differentiate from the changes induced in pathology. However, it is essential to diagnose an athlete with a cardiomyopathy. Indeed, in case of underlying cardiomyopathy the athlete will be at risk of sudden cardiac death, but an excessive over diagnosis has strong professional and social consequences. Methods: (1) we have tried to improve the ECG criteria’s, which enable the differentiation between ECG changes induced by exercise and the ECG changes induced by an underlying cardiomyopathy. (2) We tried to define the best investigation algorithm in case of abnormal ECG changes in athletes. (3) We tried to improve the characterization of the phenotype of athletes with HCM as compared to sedentary HCM. (4) We tried to investigate if the use of new imaging technics, i.e. speckle tracking, might improve the diagnostic accuracy and enable a better prognostic evaluation in HCM. Results: We have proposed a new classification of ECG in athletes enabling to decrease the rate of false positive ECG in athletes without decreasing its diagnostic accuracy in HCM. In case of pathological T wave inversion (PTWI) in athletes, we demonstrated that a CMR is mandatory, as echocardiography missed a diagnosis of pathology in 35% of PTWI athletes. Nevertheless, the diagnosis of HCM with current criteria’s of HCM can be challenging. Indeed, HCM athletes have a different phenotype from HCM sedentary, with a better systolic and diastolic function; they also have a better longitudinal function. The assessment of longitudinal function during exercise and mechanical dispersion are promising tool for the diagnosis of HCM in athletes. Indeed, the alteration of longitudinal strain is related to myocardial fibrosis. Exercise echocardiography, i.e. exercise mitral insufficiency, seems to be a prognostic factor in HCM patients. Conclusions: Ours results enabled to develop tools which might help to better differentiate pathological and physiological left ventricular hypertrophy (LVH); but also to better characterize LVH and the prognosis in HCM patients.

Introduction : La resynchronisation cardiaque (CRT) améliore les patients insuffisants cardiaques, symptomatiques malgré un traitement médical optimal et présentant un élargissement du QRS>120ms. Cependant, un tiers des patients ne répondent pas à cette thérapie. L'objet de cette thèse est d'identifier les mécanismes déterminant la réponse à la CRT. Méthode: Dans un premier temps, nous avons apprécié la précision des méthodes de quantification de la contraction myocardique utilisées pour caractériser l'asynchronisme. Ensuite, nous avons évalué les facteurs liés à l'asynchronisme et à la réponse à la CRT (fibrose, nécrose myocardique, réserve contractile). De plus, nous avons développé et validé un nouvel indice permettant d'évaluer les conséquences " énergétiques " de l'asynchronisme sur la contraction myocardique. Résultats: Nous avons démontré que le strain longitudinal en speckle tracking était supérieur au Doppler tissulaire pour évaluer la déformation et l'asynchronisme myocardique et qu'il était mieux corrélé au pronostic des patients insuffisants cardiaques. Ensuite nous avons mis en évidence que le retard de contraction mécanique n'était pas lié simplement à un bloc de conduction électrique mais qu'il était observé pour l'ensemble des segments myocardiques nécrosés. De plus ces zones de fibrose et de nécrose évaluées en échographie de stress influencent la réponse à la CRT. Ces résultats suggèrent l'importance de considérer le retard de contraction et la contractilité résiduelle pour prédire la réponse à la CRT. A partir de cette hypothèse, nous avons validé un indice unique associant l'asynchronisme et la contractilité résiduelle pour évaluer la perte d'énergie contractile liée au retard de contraction. Conclusion : Les travaux réalisés ont permis de développer des outils pour mieux apprécier les conséquences de l'asynchronisme myocardique.

L’analyse de la fonction systolique en échocardiographie représente un challenge majeur depuis une vingtaine d’années dans le but d’améliorer la détection et la quantification des anomalies de la contraction myocardique. L’analyse des déformations myocardiques consiste à étudier le pourcentage d’étirement ou de raccourcissement myocardiques au cours du cycle cardiaque. Après le grand pas en avant dans ce domaine, consécutif à l’avènement du Doppler tissulaire il y a un quinzaine d’années, ces 4 dernières années ont vu naître une nouvelle technique d’analyse bidimensionnelle des déformations, porteuse de grands espoirs car s’affranchissant de la limitation liée à l’angle d’incidence Doppler et basée sur le suivi des marqueurs acoustiques de la paroi myocardique : le « speckle tracking echocardiography » ou « 2D strain ». Cette thèse rapporte tout d’abord une série de travaux orientés sur la validation de ce nouvel outil. Nous avons ensuite appliqué expérimentalement cette technique pour évaluer sa capacité à détecter l’ischémie myocardique lors d’un examen de stress sous dobutamine en comparaison à l’analyse de perfusion myocardique en échographie de contraste. Enfin, nous exposons plusieurs expériences cliniques qui témoignent de quelques applications potentielles de cette technique dans la prise en charge des patients porteurs de cardiopathies diverses : myocardiopathie hypertrophique, fibrillation auriculaire paroxystique et recherche de viabilité sous faibles doses de dobutamine chez les patients porteurs d’une cardiopathie ischémique. / For 20 years, analysis of systolic myocardial function by echocardiography is a major challenge to improve the detection and the quantification of myocardial contractility abnormalities. The principle of myocardial deformation analysis consists in evaluating the percentage of myocardial thickening or shortening during the cardiac cycle. After a big step forward with the advent of tissue Doppler imaging for 15 years, the 4 last years have seen the apparition of a new technique of bidimensional analysis, without angle dependency, based on the tracking of the acoustic markers of the myocardial wall, and called « speckle tracking echocardiography » or « 2D strain ». This thesis reports serial studies oriented on the validation of this new tool and on the experimental application of this technique in the detection of myocardial ischemia during pharmacological dobutamine stress echocardiography, in comparison with myocardial perfusion analysis by contrast echocardiography. Finally, we report some clinical experiences using the speckle tracking echocardiography which attest of some clinical potential applications of this technique in the management of the patients with different cardiomyopathies: hypertrophic cardiomyopathy, lone paroxysmal atrial fibrillation, and analysis of myocardial regional deformation during low doses dobutamine infusion to investigate viability in patients with ischemic cardiomyopathy.

Le remodelage myocardique est une réponse du myocarde à une altération des contraintes pariétales générée par une agression aiguë (ischémie myocardique) ou chronique (surcharge en pression, surcharge en volume, anomalie métabolique). En effet, le cœur est un organe capable de modifier en fonction de ses conditions de travail l’expression de ses fonctions moléculaires et cellulaires pour aboutir à des changements de taille,de morphologie et de fonction. Le remodelage myocardique est un mécanisme adaptatif initialement bénéfique, car en modifiant sa géométrie, le ventricule gauche s’adapte aux modifications de stress pariétal et préserve le volume d’éjection systolique. / Not transmitted

Les maladies cardiovasculaires, qui restent l’une des premières causes de mortalité dans le monde, sont le résultat d’altérations interdépendantes de la structure et de la fonction cardiaque couplées aux effets aggravants des maladies métaboliques, du vieillissement et du mode de vie. Dans ce contexte, l’objectif de ma thèse est de proposer et de valider de nouveaux biomarqueurs quantitatifs en imagerie cardiaque, robustes et rapides, pour l’étude de la fonction et de la structure myocardiques ainsi que de leurs liens. Un premier travail a été consacré au développement d’une méthode d’évaluation de la fonction cardiaque, plus précisément de la cinétique de déformation du myocarde sur toutes les cavités cardiaques à partir d’images standards d’IRM ciné. La méthode développée s’est montrée reproductible avec une capacité diagnostique supérieure aux indices cliniques conventionnels. Elle était aussi capable de détecter des altérations cardiaques infra-cliniques liées à l’âge. Le second travail présenté est le développement d’une méthode de quantification de la graisse atriale, à partir d’images de scanner tomodensitométrique, suivi de son évaluation sur une cohorte de sujets sains et de sujets atteints de fibrillation atriale. Finalement, l’interaction entre les paramètres myocardiques structurels et fonctionnels a été étudiée au travers de la première validation chez l’homme de la littérature IRM de la fonction de déformation cardiaque, évaluée avec notre méthode, face à la quantification histologique du substrat tissulaire « graisse-fibrose ». / Cardiovascular diseases, which are still one of the leading causes of death worldwide, are the result of interdependent alterations of the heart structure and function coupled with the aggravating effects of metabolic diseases, aging and lifestyle. In this context, the goal of my thesis is to design and validate new, robust and fast cardiac imaging quantitative biomarkers to characterize myocardial function and structure as well as their relationships. A first work was focused on the development of a method to evaluate cardiac function, specifically myocardial deformation kinetics on all cardiac chambers from standard cine MRI images. The designed method was reproducible and its diagnostic ability was superior to conventional clinical indices. It was also able to detect subclinical age-related heart alterations. The aims of the second study were to develop a method for atrial fat quantification, based on CT images, and to evaluate it on a cohort of healthy subjects and patients with atrial fibrillation. Finally, the interaction between structural and functional myocardial indices was studied through the first in vivo validation in the MRI literature of cardiac deformation function, evaluated using our method, against histological quantification of the “fibro-fatty” tissue substrate.

Contexte: La maladie de Fabry (MF) se caractérise par l'accumulation de sphingolipides dans de multiples organes dont l'oreillette gauche (OG). La littérature existante ne permet pas d'établir si les fonctions réservoir, conduit et pompe de l'OG étudiées par échocardiographie de suivi des marqueurs acoustiques (speckle-tracking echocardiography, STE) sont affectées dans la MF et si la thérapie de remplacement enzymatique (TRE) permet d'améliorer la fonction de l'OG. Méthodes: Dans cette étude de cohorte rétrospective, la déformation, le taux de déformation et les volumes phasiques de l'OG ont été étudiés chez 50 patients atteints de la MF et comparés à 50 contrôles sains. Résultats: Les trois fonctions phasiques de l'OG étaient altérées. La déformation positive maximale (fonction réservoir) était de 38,9 ± 14,9 % vs. 46,5 ± 10,9 % (p=0,004) et la déformation télédiastolique (fonction pompe) était de 12,6 ± 5,9 % vs. 15,6 ± 5,3 % (p=0,010). Chez 15 patients ayant débuté la TRE pendant l'étude, la majorité des paramètres de fonction de l'OG se sont améliorés après un suivi d'un an (déformation positive maximale de 32,0 ± 13,5 % à 38,0 ± 13,5 %; p=0,006) alors qu'il y a eu une tendance vers une détérioration des paramètres chez 15 patients n'ayant jamais reçu de traitement (déformation positive maximale de 47,3 ± 10,8 % à 41,3 ± 9,3 %; p=0,058). Neuf patients atteints de la MF (21%) ont développé une fibrillation auriculaire ou un accident vasculaire cérébral pendant un suivi de quatre ans. La déformation positive maximale et la déformation protodiastolique étaient plus fortement associés aux événements cliniques que les paramètres cliniques et les paramètres échocardiographiques standards. Conclusions: Les fonctions réservoir, conduit et pompe de l'OG par STE étaient affectées dans la MF. La TRE a permis d'améliorer la fonction de l'OG. Les paramètres de déformation de l'OG étaient associés à la survenue de fibrillation auriculaire et d'accidents vasculaires cérébraux. / Background: Fabry disease (FD) is characterized by the accumulation of sphingolipids in multiple organs including the left atrium (LA). It is uncertain if the LA reservoir, conduit and contractile functions evaluated by speckle-tracking echocardiography are affected in Fabry cardiomyopathy and whether enzyme replacement therapy can improve LA function. Methods: In this retrospective cohort study, LA strain, strain rates and phasic LA volumes were studied in 50 FD patients and compared to 50 healthy controls. Results: All three LA phasic functions were altered. The peak positive strain (reservoir function) was 38.9 ± 14.9 % vs. 46.5 ± 10.9 % (p=0.004) and the late diastolic strain (contractile function) was 12.6 ± 5.9 % vs. 15.6 ± 5.3 % (p=0.010). In 15 patients who started enzyme replacement therapy during the study, most of the LA parameters improved at one-year follow-up (peak positive strain from 32.0 ± 13.5 % to 38.0 ± 13.5 %; p=0.006) whereas there was a trend towards deterioration in 15 patients who never received treatment (peak positive strain from 47.3 ± 10.8 % to 41.3 ± 9.3 %; p=0.058). Nine FD patients (21%) experienced new-onset atrial fibrillation or stroke during four-year follow-up. By univariate analysis, peak positive strain and early diastolic strain demonstrated significant associations with clinical events, surpassing conventional echocardiographic parameters and clinical characteristics. Conclusions: Left atrial reservoir, conduit and contractile functions by speckle-tracking echocardiography were all affected in FD. Enzyme replacement therapy improved LA function. Left atrial strain parameters were associated with atrial fibrillation and stroke.